A szuperintelligens katalizátor

Nem ígérünk könnyű olvasmányt az alábbiakban, mégis kérjük, ne rettenjen vissza tőle senki. Most is arról az autóról, annak egy fontos alkatrészéről lesz szó, amelyiknek az (lenne) a dolga, hogy szolgáljon minket. Az autót használjuk, karbantartjuk, javítjuk, anélkül, hogy műszaki, informatikai stb. részleteit mélységében ismernénk. Nincs is rá szükségünk. Ma már nincs (szak)ember, aki mindösszesen tudná, mi minden tudomány sűrűsödik a karosszéria határolta térben.

Minden terület annyira specializálódott és fejlődik, a legkorszerűbb tudományos ismereteket alkalmazza, hogy ez már globálisan követhetetlen. A kipufogógázok szennyezőanyag komponenseinek semlegesítésében közreműködő katalizátor is szép „csendesen” változik. Ebből a fejlesztésből kapunk egy kis ízelítőt.

A Daihatsu által ma már szériamodellekben is alkalmazott ún. intelligens katalizátora világviszonylatban is egyedülálló fejlesztés. Ez az új technológia megakadályozta azt, hogy ne következhessen be minőségromlás a katalizátorok kipufogógáz-tisztító tulajdonságait illetően. A katalitikus fémként széles körben használt palládium (Pd) hő hatására veszít az oxidációs folyamatokhoz nyújtott jótékony hatásosságából. Nanotechnológiát használva, a Daihatsunak sikerült a palládiumot önregeneratív tulajdonságokkal felruháznia. Mindezt azért, hogy a felhasznált drága nemesfémek mennyiségét 70%-kal csökkenteni lehessen.

A hagyományos és a szuperintelligens katalizátorok „életútja”, elhasználódási folyamata: 1. gépjármű „életútja”, 2. oxidációs közegben (kiindulási állapot), 3. redukciós közegben, 4. savas közegben

A palládiumnak csak az autóiparban történő felhasználása 1992-es, évi 15 tonnás értékhez képest 1999-re 180 tonna fölé ugrott. Ez a tény sürgős beavatkozást kívánt a fejlesztőktől a katalizátorokban használt nemesfémek csökkentését illetően.

Az első, ún. „Intelligens Katalizátort” a palládium felhasznált mennyiségének csökkentésére fejlesztették ki.

A ródium árfolyamát szintén a gépjárműipari felhasználása határozza meg, nem is csoda, hiszen a ródium kitermelésének 85%-át ez az iparág használja fel.

A platina is széleskörűen alkalmazott számos szerkezetben, azaz a kereslet a platina iránt is növekszik, és ezzel egyidejűleg az ára is fokozatosan emelkedik.

Rendkívüli hasznossággal bírna tehát kifejleszteni egy olyan „Intelligens” technológiát, amely nemcsak palládiumban, de ródiumban és platinában is „önmagát” regenerálni képes.

A gépjárművek katalizátora elhasználódik, hatásfoka lecsökken mechanikus és/vagy termikus hatás következően. A kémiai hatások közé sorolhatjuk a katalitikus anyagként használt nemesfémek átalakulását, azaz aktív, hasznos felületeiknek csökkenését is.

A  szuperintelligens katalizátorok önregeneráló technológiája: A: alkálföldfém ion +2 vegyértékkel, B: átmeneti fém ion, +4 vegyértékkel („7 db”), B: nemesfém („1 db” Pt vagy Rh)

Ez a felületcsökkenés a fémrészecskék összekapcsolódásának eredményeképp jön létre, melyet a nagy hőmérsékletű kipufogógázban lezajlódó redukciós és oxidációs folyamatokban való „részvételük” okoz.

Azért, hogy az elhasználódási folyamatot lassítsák hagyományos katalizátor esetében, jóval nagyobb nemesfém mennyiséget visznek fel a felületnövelő, hordozó bevonatra.

Az intelligens katalizátor és a szuper-intelligens katalizátor

Nanotechnológiát használva, a fejlesztőknek sikerült a palládium katalizátort önregeneratív tulajdonságokkal felruháznia. Az intelligens katalizátor, azaz a palládium-perovszkit katalizátor mindenféle külső beavatkozás nélkül képes regenerálódni.

A katalizátorok hatásosságának összehasonlítása

A perovszkit típusú, szabályos kristályrács, egy ABO₃ típusú rácsszerkezet, melyben a nagy ionsugarú kation körül tizenkét oxigén atom helyezkedhet el, legyen ez az „A”-atom. A „B”-atom körül pedig 6 oxigénnek van hely.

A Pd-perovszkit palládiumban önregenerálódó funkcióját úgy tudja megvalósítani, hogy redukciós közegben kiválik a perovszkit kristályrácsból, oxidációs közegben pedig visszaépül. A motorból kilépő kipufogógáz a változó-, hol oxidációs, hol redukciós környezetet „biztosítja”, így a palládium folyamatosan a perovszkit kristályrácsban levő ionos, és a fém részecskés állapota között „ugrál”.

A fejlesztők ráébredtek arra, hogy hasonló elven, más összetételű perovszkit kristályráccsal a platinát és a ródiumot is fel lehet ruházni „önregeneratív” funkciókkal. (A két használt anyag a CaTiRhO₃, azaz a kalcium titánium perovszkit oxid és a CaZrPtO₃, azaz a kalcium cirkónium platinum perovszkit oxid. Az ilyen anyagokból felépülő katalizátorokat hívjuk „Szuper-intelligens Katalizátoroknak”.)

Mindezek következtében a gépjárművek katalizátorában használatos Pt, Pd, Rh elemek katalitikusan aktív tulajdonságukat hosszan meg tudják őrizni, ezzel egyidejűleg felhasznált mennyiségük jelentősen csökkenthető.

Ugyan a szuper-intelligens katalizátorban jóval kevesebb nemesfém található, mint a Pd-intelligens katalizátorban, vagy egy hagyományos katalizátorban, ennek ellenére a szuper-intelligens katalizátor csekély mértékben, de nagyobb hatásossággal tisztítja a kipufogógázt, mint az intelligens-, és jóval nagyobb hatásossággal, mint a hagyományos katalizátor. (lsd. grafikon)

A szuper-intelligens katalizátorokat a Daihatsu „tiszta autóiba” építi be. 2007 márciusában már több mint 2,8 millió darabot gyártottak belőle. Ezzel az új fejlesztéssel a Daihatsu világviszonylatban egyedülálló.

A fejlesztés több fejlesztő központ együttműködésével jött létre, név szerint Japan Atomic Energy Agency, Cataler Corporation, Hokko Chemical Industry és a Daihatsu Motor.

Csütörtöki Tamás

Forrás:

http://www.mst.or.jp/prize/2004/zairyou_en.html

http://www.daihatsu.com/news/n2005/05100601/

http://www.daihatsu.com/motorshow/tokyo05/topaz/index.html

AutoTechnology 2007/8.